Особенности измерения и отбор выхлопных газов

Д.А. Усенко

аспирант ЦИАМ

Научно Исследовательский Центр Центрального института Авиационного Моторостроения

В настоящее время для определения эмиссии авиационных двигателей используются приборы газового анализа непрерывного действия. Для отбора проб газа используются водоохлаждаемые насадки, по которым газ транспортируется к приборам. При этом происходит охлаждение пробы газа и изменение его химсостава за счет рекомбинации составляющих пробы, и, кроме того, при сильном охлаждении компоненты газа могут выпадать в качестве осадков. Поэтому состав пробы, подаваемой к приборам газового анализа, не соответствует истинному составу выхлопных газов. Чтобы избежать подобного явления, используется газодинамическое «замораживание» пробы газа. В газодинамическом способе замораживания отбираемая газовая смесь сначала расширяется в сверхзвуковом сопле малых размеров, а затем в цилиндрическом канале охлаждается путем теплоотвода при сохранении сверхзвуковой скорости. В сверхзвуковом течении статическая температура смеси падает до величины, при которой химические реакции рекомбинации прекращаются, т.е. состав смеси «замораживается». После значительного падения температуры торможения пробы поток газа становится дозвуковым и транспортируется к газоаналитическому прибору. В настоящее время существует несколько типов насадков с аэродинамическим замораживанием, которые созданы в ЦИАМ на базе аэродинамического расчета. Эффективность замораживания доказана экспериментально при P_0^ *16 бар. Переход к более высоким значениям температур и давлений в камере сгорания (P_0^ * меньше 40 ..50 бар, T^ * _0 меньше 2500 К) поставил задачу о работе насадка в “новых” условиях. Более того, для правильного отбора необходимо, чтобы в реальных конструкторских схемах осуществлялось не только эффективное снижение температуры пробы и замораживания химических реакций, но и чтобы температура газа в пробоотборнике не снижалась ниже определенного предела, чтобы не вызвать конденсацию воды и углеводородов. Кроме того, насадок должен быть многорежимным, т.е. правильно работать в широком диапазоне P_0^ * и T^ * _0. Таким образом, к температурному состоянию пробы предъявляются сложные и противоречивые требования, которые тяжело реализовать в практических условиях.

Данная работа позволит решить эту задачу путем расчета газодинамической модели течения пробы газа в пробоотборнике при различных P_0^ * и T^ * _0 в предположении постоянства температуры стенки пробоотборника. Указанные выше проблемы нашли свое отражение в настоящей работе.